Deuxième géométrie expérimentale

3.7.1. Installation de la nouvelle chambre expérimentale

Début janvier 2012, j’ai commencé à installer une nouvelle chambre expérimentale pour des expériences en cible solide (figure 3.14).

Des travaux mécaniques ont été effectués pour emmener le faisceau laser vers la chambre expérimentale. Premièrement, les lignes d’alignement du faisceau laser de champ proche et champ lointain ont été définies à l’extérieur de la chambre. Ceci permet de faire un alignement primaire dans la chambre en utilisant le faisceau HeNe (630 nm) ou la diode laser (675 nm) qui simule le faisceau complet. Les faisceaux sont également alignés dans les iris des boîtes de déviation du faisceau par lesquelles le faisceau est dirigé vers la chambre.

Figure 3.14 : Schéma de l’installation expérimentale: la ligne noire continue indique la chambre d’interaction à vide, le faisceau principal (FP) est en rouge, le faisceau sonde (S) est en vert, M est un miroir qui prélève une partie du faisceau principal avant la parabole hors axe (PHA). Le faisceau arrive sur le miroir plasma (MP) avant d’arriver sur cible, W est une lame prismatique en verre (wedge en anglais), L1 est un doublet achromatique de 10 cm de distance focale et L2 est un doublet achromatique de 40 cm de distance focale. Les deux flèches noires présentent les directions d’accélération d’ions des deux côtés de la cible.

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Installation des composants clés (parabole, miroir plasma) et des

lignes d’imagerie

La hauteur du faisceau dans la chambre a été définie à 6.75′ par rapport à la table optique. La position de la pointe métallique utilisée pour définir le centre de la chambre a été fixée. La ligne d’imagerie (visualisation du dessous) a été installée pour imager la pointe avec une lentille de f = 20 cm pour un grandissement d’environ 5. Le support de la parabole hors axe avec une tige liée aux 3 axes de translation a été usiné et l’ancienne parabole f/3 (f = 27 cm) a été placée dans la chambre. Les tilts vertical et horizontal de la parabole sont alignés en regardant l’autocollimation du faisceau d’alignement. Pendant les tirs, une pellicule de protection est placée devant la parabole pour la protéger des débris d’ablation et des résidus des cibles.

Avant d’installer le miroir plasma, on s’est assuré que le faisceau laser d’alignement passe près de la pointe. Le miroir plasma est installé sur un support motorisé avec 3 axes de

translation. Une caméra a été installée pour visualiser la translation de l’axe de focalisation du miroir plasma. Celui-ci est pré aligné à l’aide d’un laser HeNe qui est placé à 45º par rapport à l’axe du faisceau principal. Par la suite, une monture optique a été rajoutée pour améliorer l’alignement du miroir plasma. Une ligne d’alignement HeNe additionnelle avec 2 miroirs a été installée à l’intérieur de la chambre pour avoir un autre repère pour le miroir plasma en regardant sa réflexion.

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Installation des lignes d’imagerie de la tache focale

La ligne d’imagerie du faisceau principal après le miroir plasma comprend une lame prismatique, un miroir à 0 degrés et une lentille doublet achromatique (f = 10 cm). La tâche focale est visualisée par une caméra à l’extérieur de la chambre. Le grandissement du système est d’environ 40. L’imagerie a été alignée avec le faisceau HeNe et une diode laser.

Une lame prismatique a été installée après la parabole pour pouvoir imager le faisceau laser à bas flux avant le miroir plasma. Le faisceau correspond à l’image du champ lointain. Il est imagé derrière un objectif de microscope (DIN X40 achromatique) placé à l’intérieur de la chambre. La caméra d’imagerie a été mise à l’extérieur de la chambre. Pour aligner l’objectif de microscope, un support avec 3 axes de translation a été mis en place. La lame prismatique a été alignée par rapport à l’objectif et centrée par rapport au faisceau d’alignement. J’ai réussi à imager l’HeNe et la diode pratiquement superposés. L’objectif de microscope est sensible au flux laser et peut être endommagé même à bas flux.

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Installation et tests de la ligne du faisceau sonde

Ensuite, j’ai monté la ligne du faisceau sonde. Une partie du faisceau principal est prélevée par un miroir d’entrée de la ligne du faisceau sonde. Après, une lame prismatique et trois miroirs envoient le faisceau sonde vers la cible. Deux de ces miroirs sont montés en ascenseur sur une platine de translation qui permet de changer le retard entre le faisceau sonde et le faisceau principal. La longueur de la ligne à délai est variable par une tige installée à l’extérieur de la chambre. Le faisceau sonde passe parallèlement aux bords de la cible et est récupéré par une lentille (doublet achromatique, f = 40 cm) à l’extérieur de la chambre. J’ai aligné la ligne à délai en la déplaçant entre 2 positions limites pour que le faisceau passant par la pointe ne bouge pas en sortie de la chambre. Lors des premiers tirs nous nous sommes rendus compte que le niveau d’énergie du faisceau sonde n’était pas suffisant pour éclairer

proprement le plasma en expansion. J’ai donc installé une lame séparatrice 20/80 à l’entrée de la ligne du faisceau sonde au lieu de la lame prismatique.

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Installation du support des cibles et de la ligne d’imagerie des cibles

Un nouveau support de cibles a été fabriqué avec trois axes de translation manuels. Un quart de roue est fixé avec 18 cibles dessus, deux par chaque bras, plus une lame de verre au- dessus pour faire la synchronisation et deux fils de 25 et 100 µm en dessous pour aligner le faisceau laser et la cible en position de tir. Une caméra a été montée à l’extérieur de la chambre pour imager les cibles et une partie du miroir plasma avec une lentille de 30 cm et un grandissement d’environ 5 (l’imagerie side view ou avec vue de côté) à l’aide d’un laser d’alignement. Durant les premières expériences on s’était aperçu que le miroir plasma bloquait les cibles, ce qui ne permettait pas de les imager. Ainsi, j’ai changé le système d’imagerie de côté pour pouvoir visualiser la face avant des membranes (ce qui est la face arrière par rapport à la direction du faisceau laser principal).

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Mise en place du système de vide. Tests de vide. Alignement sous

vide

Le système de vide a été monté avec une pompe mécanique et une pompe turbo. Suite au montage mécanique des différents hublots et fenêtres sur la chambre, des tests de vide ont été faits pour éviter des fuites.

Comme les expériences étaient réalisées sous vide, le test de vide avec un faisceau d’alignement a été fait. Aussitôt que le pompage était parti, le faisceau laser s’était déplacé d’environ 15 mrad. Il est possible de le récupérer. Un moteur sur l’axe vertical de la parabole hors axe a été monté pour faciliter l’alignement sous vide. J’ai pu effectuer l’alignement sous vide de la ligne d’imagerie du faisceau principal ainsi que la ligne d’imagerie avec la lame prismatique et l’objectif de microscope, d’abord avec l’HeNe et la diode laser et ensuite avec le laser à 800 nm à bas flux.